刘珈泉/陈玲玲发现串联RNA结合域能形成确定构型，分子内界面是PKR激活钥匙

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PNAS：刘珈泉/陈玲玲发现串联RNA结合域能形成确定构型，分子内界面是PKR激活钥匙7 s8 X& Y+ ?2 x% }* H& [: e( H
来源：iNature 2026-10-17 10:20+ o& E: \- x8 l7 `
该研究揭示在蛋白激酶R（PKR）——一种在感知双链RNA（dsRNAs）后触发先天免疫应答的RBP——中，其两个dsRNA结合结构域（dsRBDs）通过分子内相互作用组装成一种独特的架构。( A/ S! z+ l; B$ @
RNA结合结构域（RBDs）的串联重复，常由内在无序序列连接，在RNA结合蛋白（RBPs）中普遍存在。然而，这些排列的固有灵活性提出了一个问题：这些结构域是否能采用对功能至关重要的确定构型。
* X4 F) z$ G: B: c: V/ ]' K2026年9月30日，中国科学院上海生物化学与细胞生物学研究所刘珈泉和陈玲玲共同通讯在PNAS 在线发表题为“Tandem RNA-binding domain architecture drives PKR activation through an intramolecular interface”的研究论文。该研究揭示在蛋白激酶R（PKR）——一种在感知双链RNA（dsRNAs）后触发先天免疫应答的RBP——中，其两个dsRNA结合结构域（dsRBDs）通过分子内相互作用组装成一种独特的架构。  V& l3 U4 g! _$ c$ Z/ q1 p
这种dsRBD1:dsRBD2界面使PKR能够将与RNA的扩散性、瞬时接触转化为双链体上的稳定复合物，建立下游蛋白二聚化和磷酸化所需的支架。破坏这种dsRBD1:dsRBD2界面会拆解串联dsRBD架构，并在体外和细胞中严重损害PKR活性。总之，这些发现揭示了串联dsRBD排列的一个非凡优势，并强调了分子内RBD偶联作为调控RBP活性的一种机制。
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RNA结合蛋白（RBPs）是多种细胞过程的重要调控因子。迄今为止，已鉴定出超过2,000种RBPs，其中许多以RNA结合结构域（RBDs）的重复为特征，如RNA识别基序（RRMs）、K同源（KH）结构域、锌指（ZnFs）和双链RNA结合结构域（dsRBDs）。虽然单个RBD通常以低亲和力结合短的RNA序列基序，但由内在无序肽连接的串联RBD可以协同增强结合强度并提高底物选择性——通常提高几个数量级。这种RBD之间的协作被认为对RBPs的功能至关重要，然而这一过程背后的分子基础尚未被完全理解。1 f% i! c: U$ @+ ~+ R# \
在具有串联RBD的RBPs中，PKR是一种潜伏的丝氨酸/苏氨酸激酶，主要检测和响应病毒感染。PKR由三个独立折叠的结构域组成：两个N端dsRBDs（dsRBD1和dsRBD2）和一个C端激酶结构域（KD），由柔性连接子连接。在识别dsRNA——病毒RNA复制的常见副产物——后，PKR的KD经历自身磷酸化，导致其激活。一旦激活，PKR磷酸化真核翻译起始因子2α（eIF2α），停止整体蛋白质合成以抑制病毒复制。除在抗病毒防御中的作用外，PKR可被未感染细胞中的内源性RNA异常激活，并已被牵涉于一系列病理状况，包括神经退行性疾病、狼疮以及肥胖和糖尿病等代谢紊乱。
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图1.分子内dsRBD1-dsRBD2相互作用是细胞中PKR激活所必需的（摘自PNAS）
# p2 v* f* I' {* O1 r在正常条件下，PKR磷酸化必须通过其RNA结合活性被严格控制，后者介导邻近诱导的KD二聚化。调节PKR–RNA相互作用——或通过充当诱饵的dsRNA模拟物，或通过调节性RBPs如PACT和ADAR1——已成为防止不当PKR激活的关键保障。这些观察将RNA识别置于PKR调控的中心；然而，串联dsRBDs与RNA结合的方式仍未解决。尽管两个dsRBDs通常被假定独立扩展RNA结合足迹，但dsRBD2表现出很小的内在RNA亲和力，提示其具有调控功能。早期模型提出dsRBD2结合KD以维持自身抑制状态，然而后续研究对此观点提出了挑战，表明PKR单体采用延伸构象，且dsRBD2不能抑制激酶活性。因此，串联dsRBD重复如何在PKR进化过程中赋予独特的功能优势仍不清楚。
& O7 A* Q# b# B1 G+ a4 I在本研究中，作者揭示了PKR与dsRNA结合时串联dsRBDs的一种意想不到的架构，并确立了其在RNA识别和激活中的核心作用。具体而言，一个分子内dsRBD1:dsRBD2界面使PKR能够从动态dsRNA采样转变为静态复合物。这种协调的相互作用有助于区分免疫原性和非免疫原性dsRNAs，促进KD二聚化，并使PKR能够竞争过其他dsRBPs，从而驱动强效激活。值得注意的是，选择性破坏dsRBD1:dsRBD2界面——而不改变整体RNA结合足迹——消除了dsRBDs的调控功能，并在体外和细胞中显著损害PKR活性。这些发现提供了一个概念框架，其中多个RBDs的作用远不止简单的足迹扩展，并鉴定dsRBD界面作为治疗性调节异常PKR活性的潜在靶点。
8 U9 N0 L  A+ i参考消息：https://doi.org/10.1073/pnas.2605220123# [9 b1 N9 W" z4 v' m7 C: q

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